Fluxo de Energia Aula

Produtividade secundria

Ecossistemas I

Umberto [email protected] de Interaes Inseto-PlantaDep. Zoologia IB Unicamp


Ecossistemas I

Conceitos bsicos Fluxo de energia

Produtividade primria Produtividade secundria


Ecossistema: Conceitos bsicos


Ecossistema: Conceitos bsicos

Fluxos de: Energia

Produo Primria Produo Secundria

Matria CO2 Nutrientes


Organismos como sistemas de entrada-sada

Diagrama de fluxo de energia Diagrama de fluxo de energia nos organismos. E: energia nos organismos. E: energia ingerida; NU: energia no ingerida; NU: energia no assimilada; A: energia assimilada; A: energia assimilada; P: produassimilada; P: produo; R: o; R: respirarespirao; B: biomassa; C: o; B: biomassa; C: crescimento; D: energia crescimento; D: energia depositada ou armazenada; depositada ou armazenada; Ex: energia excretada.Ex: energia excretada.

Fonte: Fonte: OdumOdum (1988)(1988)


Alocao da energia nos organismos


Fluxo de energia ao longo dos nveis trficos


Leis da termodinmica

Primeira Lei da Termodinmica (Lei da conservao da energia)

A energia pode ser transformada de um tipo a outro, mas no pode ser criada nem destruda.


Leis da Termodinmica

Segunda lei da Termodinmica: Lei da entropia:

Nenhum processo que implique uma transformao de energia ocorrerespontaneamente, a menos que haja

degradao da energia de uma forma mais concentrada para uma forma mais dispersa.


Fluxo de energia ao longo dos nveis trficos


Produo e Produtividade

Produo a energia armazenada em biomassa. Massa por unidade de rea ou volume de gua.

Unidades de energia: J m-2

Matria orgnica seca: t ha-1

Carbono: gC m-2

Pressuposto: todos os organismos tem a mesma quantidade de energia por unidade de biomassa.



Produtividade a taxa de produo. Massa por unidade de rea ou volume de gua.

Unidades de energia: J m-2 dia-1

Matria orgnica seca: t ha-1ano-1

Carbono: gC m-2 ano-1


Produo e ProdutividadeProduo = Crescimento + Natalidade Perda de peso

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Tempo

U

n

i

d

a

d

e

s

d

e

B

i

o

m

a

s

s

a

CC

CC

MMMM

NNNN

NNNN MM

PPPP

Mudana de biomassa de uma populao hipottica.C: crescimento;M: mortalidade;N: nascimento;P: perda de peso.



0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Tempo

U

n

i

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s

d

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B

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s

a

CC

CC

MMMM

NNNN

NNNN MM

PPPP

Produo = C + N - P

Produo = 50 + 40 - 20 = 70

Produtividade = Produo/Tempo

Produtividade = 70/13 = 5.38

Perda por mortalidade ou emigrao so parte da produo e no devem ser ignoradas.


Produtividade primria e secundria


Produtividade Primria

Ecossistemas terrestres Fatores limitantes

Ecossistemas aquticos Produo autctone e alctone Fatores limitantes


Produtividade Primria

Produtividade primria lquida nos principais biomas marinhos e terrestres


Ecossistemas terrestres: padres latitudinal


Ecossistemas terrestres


Ecossistemas terrestres: Fatores limitantes

Fatores que limitam a fotossntese Radiao solar Dixido de carbono gua Nutrientes Temperatura


Ecossistemas terrestres: Radiao solar

Radiao solar incidente na terra

44% adequada para a fotossntese


Ecossistemas terrestres: Radiao solar


Ecossistemas terrestres: gua e Temperatura

Relao entre produtividade primria lquida, temperatura mdia anual e precipitao mdia anual nos ecossistemas do plat Tibetano.



Relaes entre precipitao, temperatura e produtividade primria lquida anual de campos dos Pampas argentinos.



Deserto na frica do Sul.



Floresta pluvial no sudoeste de

Uganda.



Produo lquida do ecossistema em uma floresta boreal decdua.


Ecossistemas aquticos


Ecossistemas aquticos: Origem da matria orgnica


Ecossistemas aquticos: Fatores limitantes

Radiao fotossinteticamente ativa e nitrato em riachos.

Produtividade primria bruta.

Fatores limitantes em riachos



Relao entre fsforo e Produtividade primria em alguns lagos do Canad.

Produtividade primria em lagos



Produtividade primria em oceanos


Produtividade Secundria


Fatores que influenciam a produo secundria em ecossistemas

Nutrientes gua


Produo primria e produo secundria

Relao entre produo primria anual e biomassa de herbvoros na

Amrica do Sul. ecossistemas agrcolas, + ecossistemas naturais

(Oesterheld et al. 1992).


Precipitao e Produo Secundria Efeito bottom-up: Em sistemas

terrestres a quantidade de gua o principal limitante de produo primria. Conseqentemente, determinante indireto da produo secundria.

Relaes entre precipitao anual mdia e biomassa produzida por grandes herbvoros (superior) e produo secundria (inferior). (+)

sistemas pastorais; z animais selvagens (Coe et al. 1976).


Nutrientes e Produo Primria

Efeito bottom-up: A quantidade de nutrientes afeta a produo primria que por sua vez a afeta a produo secundria. Ocorre principalmente em ambientes aquticos.

Relao entre quantidade de fsforo total e biomassa de zooplancton em 12 lagos do Canad (Pace 1986).


Eficincia de produo e Eficincia trfica


Proporo da energia assimilada que transformada em produo por uma determinada espcie.

Eficincia de produo

Eficincia de Eficincia de ProduProduoo

==

Fonte: Odum (1988)

ProduProduo lo lquida quida da espda espciecie

AssimilaAssimilao da o da espespciecie


Eficincia de produo

Eficincia mdia de produo em diferentes grupos animais

Fonte: Humphreys (1979)

Endotrmicos

Ectotrmicos


Eficincia trfica

Eficincia Eficincia TrTrficafica == ProduProduo lo lquida quida

no nno nvel vel trtrficofico ii

ProduProduo lo lquida no quida no nnvel vel trtrficofico ii + 1+ 1

Proporo da produo por um determinado nvel trfico que usado para a produo do nvel trficosuperior.


Fluxo de energia de uma Floresta Temperada Decdua.

Eficincia trfica: sistemas aquticos e terrestres

Eficincia trfica = 3.7%



Fluxo de energia de um Campo.Eficincia trfica = 9.3%



Fluxo de energia de uma Zona Pelgica de um Lago Geral.Eficincia trfica = 32.8%



Herbvoros terrestres removem menores quantidades de produo primria que herbvoros aquticos.

Plantas terrestres necessitam de tecidos de sustentao que so mais difceis de serem removidos.

Porcentagem da produo primria lquida removida pelos herbvoros em ecossistemas dominados por (a) algas

(fitoplncton), (b) plantas aquticas com razes e (c) plantas terrestres. As setas indicam os valores mdios (Cyr & Pace

1993).


Produo secundria e manejo de ecossistemas


Eficincia trfica e produo primria necessria para sustentar a pesca global

Pauly & Christensen (1995): porcentagem da produo primria que era retirada ao longo da cadeia trfica pela pesca entre 1988 a 1991.

Seis tipos de ecossistemas aquticos: Mar aberto guas de ressurgncia Plataformas continentais tropicais Plataformas continentais no-tropicais Recifes e sistemas costeiros Rios e lagos



Eficincia de transferncia (%)

N

m

e

r

o

d

e

c

a

s

o

s

Distribuio da eficincia de transferncia de energia em 48 modelos trficos de sistemas aquticos.



Representao esquemtica usada

para estimar a produo primria

necessria para sustentar a pesca

em um dado ecossistema (Pauly

& Christensen (1995).

.



Estimativa global de produo primria, de produo primria necessria para sustentar pesca mundial (mdias para 1988 a 1991, peso mido) e mdia dos nveis trficos dos pescados por tipos de ecossistemas (Pauly & Christensen1995).



Habilidade limitada de aumentar produo primria em sistemas aquticos.

O clculo da eficincia trfica ferramenta importante para ajudar a evitar sobrepesca.


Consideraes finais

O entendimento do fluxo de energia nos ecossistemas fundamental para direcionar o manejo de ecossistemas.

A conservao da diversidade biolgica fundamental para a conservao dos ecossistemas.

Poucos ecossistemas so muito bem conhecidos para sabermos quais so os nveis de explorao humana que podem suportar.


Produo secundria e Diversidade nos Ecossistemas


Diversidade e Funes de Ecossistemas

Dcada de 1990 comeam os experimentos que relacionam diversidade e funes de ecossistemas. Estabilidade de ecossistemas Produo Primria Produo Secundria


Produo primria est relacionada diversidade de espcies

Dependncia da biomassa area

(A e B) e total (C e D) do nmero de espcies de plantas (Tilman

et al. 2001).


Diversidade aumenta a produo primria: mecanismo

Existe grande probabilidade de ocorrer uma relao positiva entre riqueza de espcies e riqueza de grupos funcionais.

Ex: plantas com alta eficincia de fixao de carbono e plantas com simbiose com microrganismos fixadores de nitrognio.


Diversidade afeta produo secundria?

Experimento de Gamfeldt et al. (2005) Experimento de microcosmo (comunidade

microbiana)Presas: AlgasPresas: Algas Consumidores: CiliadosConsumidores: CiliadosRhodomonas

Dunaliella

Isochrysis

Eutintinnus

Diophrys

Euplotes


Experimento de Gamfeldt et al. (2005)

Hipteses: 1: Aumento da riqueza de algas aumenta a

biomassa de algas. 2: Conjunto de ciliados mais diversos usam

mais eficientemente os recursos, consequentemente, diminuem a biomassa das algas.

3: Conjunto de ciliados mais diversos tem maior produo de biomassa.

4: Maior diversidade de algas altera a produo secundria.


Diversidade afeta produo secundria? Hiptese 1.

Efeito da riqueza de presas (PR) sobre o biovolume de presas (mdia +/- EP).

X:RhodomonasZ: Dunaliella

Y: Isochrysis.

Aumento da riqueza de algas aumenta a Aumento da riqueza de algas aumenta a biomassa de algas. biomassa de algas.

No confirmada



Efeito da riqueza de consumidores (CR) no biovolume de presas (mdia +/- EP).

A: EuplotesB: Diophrys

C: Eutintinnus

Consumidores mais diversos diminuem a Consumidores mais diversos diminuem a biomassa das algas.biomassa das algas.

Confirmada



Efeito da riqueza de consumidores (CR) sobre o biovolume de

consumidores (mdia +/- EP). A: EuplotesB: Diophrys

C: Eutintinnus

Conjunto de ciliados mais diversos tem Conjunto de ciliados mais diversos tem maior produmaior produo de biomassa.o de biomassa.

Confirmada



Efeito da riqueza de presas (CR) sobre o biovolume de consumidores (mdia

+/- EP). X:Rhodomonas

Z: DunaliellaY: Isochrysis.

Maior diversidade de algas altera a Maior diversidade de algas altera a produproduo secundo secundria.ria.

Confirmada

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